Dans cette thèse, nous nous intéressons à des liens de transmission optique sans-fil utilisés dans un réseau de capteurs sous-marin. Dans un premier temps, nous étudions les propriétés optiques de l'eau de mer dans le but de définir les équations qui régissent la propagation des ondes optiques dans l'eau. Nous proposons d'utiliser le modèle d'Henyey-Greenstein à deux termes pour modéliser la diffusion d'angle et montrons qu'il décrit mieux la propagation d'ondes, comparé au modèle classique d'Henyey-Greenstein. Ensuite, nous caractérisons le canal optique sous-marin en nous basant sur des simulations de Monte Carlo et présentons la réponse impulsionnelle du canal pour différents paramètres d'émetteur-récepteur et de canal. Nous démontrons que, sauf dans le cas des eaux turbides, la dispersion temporelle du canal est négligeable sur des distances de quelques dizaines de mètres et pour des débits allant jusqu'à1Gbps. Dans un deuxième temps, nous nous intéressons aux problèmes liés à la mise en œuvre de tels liens. Nous commençons par étudier l'effet de désalignement entre l'émetteur et le récepteur, en particulier, en prenant en compte le champ de vue limité du récepteur. De plus, nous étudions le choix du photo-détecteur et aussi comparons les performances de différents schémas de modulation d'intensité en vue d'utilisation dans un système de communication optique sous-marin. Enfin, nous présentons une série des résultats que nous avons obtenus avec une maquette expérimentale dans une piscine pour valider une partie de nos résultats théoriques. / In this thesis, we consider optical wireless communication as a promising solution for high rate data transmission in power restricted underwater wireless sensor networks. A propagating light beam in seawater is subject to absorption and scattering due to the interaction with the particles within water. This practically limits the transmission range to a few tens of meters. In view of characterizing the underwater optical channel, we first study the inherent optical properties of the seawater and provide a model for underwater optical beam propagation. Concerning angle scattering, we propose to use the two-term Henyey-Greenstein model and show that it is more accurate than the commonly used Henyey-Greenstein model, especially in pure sea waters. Then, based on Monte Carlo simulations, we obtain the channel impulse response and quantify the channel time dispersion for different transmitter/receiver parameters and link distances. Through the numerical results that we present, we show that, except for highly turbid waters, the channel time dispersion can be neglected when working over moderate distances. Next, as a practical limitation, we focus on transmitter-receiver misalignment and evaluate its effect, in particular, by taking into account the limited receiver's field-of-view. Afterwards, we investigate the choice of the photo-detector, and furthermore contrast the performance of different intensity modulation techniques and discuss their suitability for use in the underwater optical communication system. Lastly, we provide a series of experimental measurement results that we have conducted inside a pool in order to validate a part of our theoretical studies.

Les antennes optiques sont des structures qui permettent de convertir, dans les deux sens, l'énergie électromagnétique entre un faisceau lumineux et une source (ou un absorbeur) localisée en son sein. L'utilisation de résonateurs de taille inférieure à la longueur d'onde permet de réaliser cette fonction de manière efficace, sur une bande spectrale relativement étendue, et d'avoir une antenne compacte.La bonne connaissance des propriétés optiques de ces résonateurs, pris séparément, et de leurs couplages entre eux, est nécessaire pour pouvoir proposer des designs d'antenne efficaces.Dans cette thèse, en se basant sur la décomposition multipolaire des champs et sur la méthode de la matrice-T, on obtient des solutions analytiques rigoureuses pour des résonateurs sphériques et homogènes, dont on tire des modèles simplifiés, intuitifs, et proches de la solution exacte des équations de Maxwell.Entre autre résultats, ces modèles nous ont permis de proposer un design d'antenne optique compacte, directive, à taux de désexcitation et rendement quantique élevés en utilisant une structure hybride métal-diélectrique. Des collaborations avec des expérimentateurs ont permis de valider, d'une part les caractéristiques de chromophores auto-assemblés par ADN (S. Bidault à Paris), et d'autre part, la possibilité d'utiliser plusieurs résonances électriques et magnétiques combinées (supportées par des sphères diélectriques d'indice modéré, n=2,45) pour réfléchir ou bien collecter le rayonnement d'un émetteur dipôle électrique placé à proximité (expérience menée dans le régime micro-ondes par R. Abdeddaim et J-M. Geffrin). / Optical antennas are structures able to convert, in both ways, electromagnetic energy between a light beam and a source (or absorber) placed in the structure. The use of sub-wavelength resonators enables one to realize this function in an efficient way, on relatively broad bandwidths, and to have a compact design. A good understanding of the optical properties of such resonators, taken individually, and of their couplings, is thus necessary in order to propose efficient optical antenna designs. In this manuscript, using a multipole decomposition of the fields and a T-matrix method, we obtain rigorous analytical solutions for spherical, homogeneous resonators, from which we deduce simplified, intuitive models that are still very close to the exact resolution of the Maxwell equations.Among other results, those models enabled us to propose a nanoantenna design that is at once compact, radiative and efficient, by using a hybrid metallo-dielectric structure. Some collaborations with experimental groups enabled us to validate, on the one hand, the optical characteristics of hybrid chromophores that are self-assembled using a DNA template (S. Bidault, Paris), and on the other hand, the possibility of using multiple combined electric and magnetic resonances (supported by dielectric spheres of moderate refractive index, n=2.45) in order to reflect, or more importantly collect, radiation coming from an electric dipole emitter placed nearby (the experiment was realized in the microwave regime by R. Abdeddaim and J-M. Geffrin).

Diminuer l'épaisseur de la couche d'absorbeur est une solution attractive pour produire des cellules photovoltaïques à coût réduit. Cela permet également de réduire la quantité de matériau actif utilisé ainsi que d'améliorer la collection du courant dans la cellule. Cette thèse s'est focalisée sur la conception de nanostructures pour exalter l'absorption de la lumière dans des couches de semiconducteur d'épaisseur réduite et ainsi proposer des cellules ultraminces efficaces.Dans un premier temps, nous avons proposé une approche originale pour piéger la lumière dans une cellule ultra-fine (≤ 100 nm) en silicium amorphe. Un réseau métallique est placé en face avant de la cellule déposée sur un miroir métallique afin d'obtenir une absorption multi-résonante large bande pour les deux polarisations de la lumière. Nous proposons aussi d'utiliser le réseau métallique comme une électrode transparente alternative afin de réduire les pertes optiques dans le contact avant de la cellule. Une analyse numérique approfondie des mécanismes résonants en jeu a été menée ainsi que la fabrication et la caractérisation optique de démonstrateurs.Dans un deuxième temps, nous avons appliqué ce concept de contact avant multi-résonant à des couches ultra-fines en arsenure de gallium (GaAs). Nous avons montré numériquement et expérimentalement le potentiel d'une nanogrille métallique bi-dimensionnelle pour le confinement efficace de la lumière dans 25 nm de GaAs.Enfin, nous avons étudié la possibilité de réduire l'épaisseur de cellules en silicium cristallin d'un facteur 10 à 100 par rapport à l'état de l'art. Nous avons développé un procédé pour transférer des couches de silicium cristallin de quelques microns d'épaisseur épitaxiées par PECVD sur un substrat hôte bas coût. Nous avons également travaillé à la structuration contrôlée de nanopyramides en vue d'un piégeage optique efficace dans ces couches minces. / Reducing the absorber thickness is an attractive solution to decrease the production cost of solar cells. Furthermore, it allows to reduce the amount of material needed and improve the current collection in the cell. This thesis has been focused on the design of nanostructures to enhance light absorption in very small semiconductor volumes in order to achieve efficient ultra-thin solar cells. First, we have proposed an original light-trapping concept for ultra-thin amorphous silicon (a-Si:H) solar cells. A one-dimensional metallic grating is patterned on the front surface of the cell deposited on a metallic mirror. Broadband multi-resonant absorption has been demonstrated for both light polarizations. The metallic grating is also used as an alternative transparent electrode in order to reduce optical losses in the front contact. A detailed analysis of the multi-resonant absorption mechanism has been carried out through numerical calculations. The fabrication and optical characterization of ultra-thin a-Si:H solar cells with metallic gratings have validated the multi-resonant approach.Second, we have proposed a design with a two-dimensional metallic grid as a resonant front contact for very thin (25 nm) gallium arsenide (GaAs) layers. We have shown through the design and fabrication of a proof-of-concept structure the potential of metallic nanogrids to confine efficiently light absorption with an ultra-thin GaAs layer.Finally, advanced light-trapping structures could also allow a thickness reduction of crystalline silicon wafers of a factor 20 to 100 with respect to state-of-the-art cells. We have developed a process to transfer micron-thick epitaxial crystalline silicon (c-Si) layers onto a low-cost host substrate. Inverted nanopyramids have also been fabricated in crystalline silicon in order to achieve a broadband anti-reflection effect. It opens promising perspectives towards the realization of double-sided nanopatterned ultra-thin c-Si cells.

La détection de changements dans une scène est l’un des problèmes les plus complexes en télédétection. Il s’agit de détecter des modifications survenues dans une zone géographique donnée par comparaison d’images de cette zone acquises à différents instants. La comparaison est facilitée lorsque les images sont issues du même type de capteur c’est-à-dire correspondent à la même modalité (le plus souvent optique multi-bandes) et possèdent des résolutions spatiales et spectrales identiques. Les techniques de détection de changements non supervisées sont, pour la plupart, conçues spécifiquement pour ce scénario. Il est, dans ce cas, possible de comparer directement les images en calculant la différence de pixels homologues, c’est-à-dire correspondant au même emplacement au sol. Cependant, dans certains cas spécifiques tels que les situations d’urgence, les missions ponctuelles, la défense et la sécurité, il peut s’avérer nécessaire d’exploiter des images de modalités et de résolutions différentes. Cette hétérogénéité dans les images traitées introduit des problèmes supplémentaires pour la mise en œuvre de la détection de changements. Ces problèmes ne sont pas traités par la plupart des méthodes de l’état de l’art. Lorsque la modalité est identique mais les résolutions différentes, il est possible de se ramener au scénario favorable en appliquant des prétraitements tels que des opérations de rééchantillonnage destinées à atteindre les mêmes résolutions spatiales et spectrales. Néanmoins, ces prétraitements peuvent conduire à une perte d’informations pertinentes pour la détection de changements. En particulier, ils sont appliqués indépendamment sur les deux images et donc ne tiennent pas compte des relations fortes existant entre les deux images. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes de détection de changements qui exploitent au mieux l’information contenue dans une paire d’images observées, sans condition sur leur modalité et leurs résolutions spatiale et spectrale. Les restrictions classiquement imposées dans l’état de l’art sont levées grâce à une approche utilisant la fusion des deux images observées. La première stratégie proposée s’applique au cas d’images de modalités identiques mais de résolutions différentes. Elle se décompose en trois étapes. La première étape consiste à fusionner les deux images observées ce qui conduit à une image de la scène à haute résolution portant l’information des changements éventuels. La deuxième étape réalise la prédiction de deux images non observées possédant des résolutions identiques à celles des images observées par dégradation spatiale et spectrale de l’image fusionnée. Enfin, la troisième étape consiste en une détection de changements classique entre images observées et prédites de mêmes résolutions. Une deuxième stratégie modélise les images observées comme des versions dégradées de deux images non observées caractérisées par des résolutions spectrales et spatiales identiques et élevées. Elle met en œuvre une étape de fusion robuste qui exploite un a priori de parcimonie des changements observés. Enfin, le principe de la fusion est étendu à des images de modalités différentes. Dans ce cas où les pixels ne sont pas directement comparables, car correspondant à des grandeurs physiques différentes, la comparaison est réalisée dans un domaine transformé. Les deux images sont représentées par des combinaisons linéaires parcimonieuses des éléments de deux dictionnaires couplés, appris à partir des données. La détection de changements est réalisée à partir de l’estimation d’un code couplé sous condition de parcimonie spatiale de la différence des codes estimés pour chaque image. L’expérimentation de ces différentes méthodes, conduite sur des changements simulés de manière réaliste ou sur des changements réels, démontre les avantages des méthodes développées et plus généralement de l’apport de la fusion pour la détection de changements

Dans cette thèse nous nous intéressons à l'étude de problèmes d'analyse mathématique d'images issus du domaine de la vision par ordinateur. Nous considérons des modèles variationnels d'estimation du flot optique et des problèmes de correspondance en stéréo-vision. La résolution de ces modèles variationnels est basée sur la minimisation de fonctionnelles énergies qui comportent deux termes : un terme de données et un terme de régularisation. Ce dernier est du au caractère mal posé de ces problèmes. L'objet du travail de thèse est d'étudier et mettre en œuvre un contrôle adaptatif du paramètre de régularisation qui permette de la choisir au mieux en chaque point du domaine de calcul. Ce contrôle est rendu possible par les estimations a posteriori qui fournissent un critère de sélection « optimal » du paramètre. Cette technique a été introduite par Z. Belhachmi et F, Hecht et appliquée avec succès au problème d'optique flot dans le cas de la régularisation de Tikhonov. Nous la considérons ici pour l'estimation de l'optique flot et la problème de correspondance en stéréo-vision dans le cas de la régularisation par variation totale. L'efficacité de la méthode est manifeste pour faire ressortir les arêtes (discontinuités de champs optiques. En effet, à ces endroits le paramètre de régularisation diminue et aux endroits plus homogènes le paramètre augmente. Ce comportement nous a encouragé à l'expérimenter pour d'autres problèmes d'analyse d'images comme de débruitage, nous avons rajouté un chapitre préliminaire sur le modèle de Perona-Malik / An adaptive control and regularization techniques are studied for some linear and nonlinear ill-posed problems in image processing and computer vision. These methods are based on variational approach which constitutes the minimization of a suitable energy functional made up of two parts data term obtained from constancy of grey value assumption and regularization term which cope with ill-posed problem by its filling in effect property. We have provided a novel adaptive approach for optic flow and stero vision problems. Which is based on adaptive finite element method using unstructutred grid as the domain of computation, which allow the automatic choice of local optimal regularization parameters. Various linear and nonlinear variational models have been considered in this thesis for scientific computations of optic flow and stereo vision problems and an efficient adaptive control is obtained. This novel regularization strategy is controlled by the regularization parameter [alpha] which depends on space and a posteriori error estimator called residual error indicator. This local adptive behavior has encouraged us to experiment with other problems in image analysis such as denoising, we add a preliminary chapter on hte model of Perona-Malik. This work falls in to the category novel and advanced numerical strategies for scientific computations specifically for image motion problems

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un semi-conducteur à large bande interdite (~ 6 eV) avec une stabilité thermique et chimique très élevées lui offrant la possibilité d'être utilisé dans des dispositifs fonctionnant dans des conditions de fonctionnements extrêmes. La nature indirecte de la bande interdite dans h-BN a été étudiée à la fois par des calculs théoriques et par des expériences. Un exciton indirect et des recombinaisons assistées par phonons dans h-BN ont été observées par photoluminescence.Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de cristaux massifs et de couches hétéro-épitaxiales de nitrure de bore hexagonal. Nous avons étudié des échantillons provenant de différentes sources et des cristaux qui ont été fabriqués en utilisant différentes méthodes de croissance pour nous permettre de mesurer les propriétés optiques intrinsèques de h-BN. Nous rapportons l'impact des symétries des phonons sur la réponse optique du h-BN en effectuant des mesures photoluminescence résolues par polarisation. L’analyse des données en polarisation, nous permet de mesurer la contribution du phonon manquant, celui qui n'a pas été détectée avant cette thèse. En suite, nous démontrons que l'origine de la structure fine du spectre de PL provient pour chaque réplique phonon d’une diffusion complémentaire de type Raman faisant intervenir le mode de phonon E2g à basse énergie (mode de cisaillement inter-feuillets). Les spectroscopies de photoluminescence et de diffusion inélastique Raman ont été combinées pour quantifier l'influence des effets isotopiques sur les propriétés optiques de h-BN ainsi pour révéler que les modifications des interactions de van de Waals liées à l'utilisation de 10B et 11B ou du bore naturel pour la croissance de cristaux h-BN massifs.Enfin, nous étudions des epitaxis de h-BN crues par Épitaxie sous Jets Moléculaires. L'utilisation conjointe de l’imagerie par microscopie à force atomique (AFM) et de la spectroscopie de photoluminescence permet de comprendre la première observation de recombinaison assistée par phonons dans des épitaxies de h-BN sur le saphir et le graphite. Ce résultat indique que la croissance de h-BN à large échelle par méthode épitaxiales est en voie d'acquérir la maturité nécessaire au développement technologique de h-BN. / Hexagonal boron nitride (h-BN) is a wide bandgap (~ 6 eV) semiconductor with a very high thermal and chemical stability often used in devices operating under extreme conditions. The indirect nature of the bandgap in h-BN is investigated by both theoretical calculations and experiments. An indirect excion and phonon-assisted reombinations in h-BN are observed in photoluminescene spectroscopy.This thesis focus on the optical properties of bulk and epilayers of h-BN. We investigated samples from different sources grown different methods in order to confirm the intrinsic optical properties of h-BN. We report the impact of the phonon symmetry on the optical response of h-BN by performing polarization-resolved PL measurements. From them, we will measure the contribution of all the phonon-assisted recombination which was not detected before this thesis. We follow by addressing the origin of the fine structure of the phonon-assisted recombinations in h-BN. It arises from overtones involving up to six low-energy interlayer shear phonon modes, with a characteristic energy of about 6.8 meV.Raman and photoluminescence measurements are recorded to quantify the influence of isotope effects on optical properties of h-BN as well as the modifications of van de Waals interactions linked to utilization of 10B and 11B or natural Boron for the growth of bulk h-BN crystals.Finally, we study h-BN thin epilayers grown by Molecular Beam Epitaxy at Nottingham University, atomic force microscopy (AFM) images and photoluminescence features are combined to confirm the first observation of phonon-assisted recombination in high quality thin h-BN epilayers grown on c-plane sapphire and Highly Ordered Pyrolitic Graphite. This demontrates that large scale growth of h-BN by epitaxy is getting a technologically required maturity.

Dans le cadre de ma thèse, j’ai étudié des supraconducteurs par une nouvelle  technique de spectroscopie optique. Cette technique, inspirée de détecteurs de photons utilisés en astrophysique, permet de faire des mesures de 0 à 300 GHz, avec une résolution de ~1 GHz, à une température de ~100 mK. Les supraconducteurs étudiés sont lithographiés sous la forme de résonateurs pour devenir des détecteurs de photons dont leur fréquence de résonance varie en fonction de leur densité superfluide.  Au cours de cette thèse, j’ai fabriqué et étudié des résonateurs à partir de différents matériaux supraconducteurs (en couches minces). La dimensionnalité joue un rôle essentiel dans la supraconductivité. A priori, en deux dimensions un système ne devrait pas être supraconducteur mais il existe de nombreux contre-exemples (monocouche de FeSe, interface d’oxydes,…). Dans ce contexte l’aluminium est particulièrement intéressant car le mécanisme supraconducteur est conventionnel (couplage électron-phonon) et que l’on peut faire varier son épaisseur (couches minces) et sa microstructure (aluminium granulaire) relativement facilement. La thèse se compose de deux parties.Dans une première partie je me suis intéressé à l’influence de l’épaisseur sur la supraconductivité de couches minces d’aluminium (de 15nm à 200nm). Dans la majorité des matériaux supraconducteurs, la température critique diminue avec l’épaisseur alors que dans certains matériaux, comme dans l’aluminium, elle augmente. Différentes théories existent pour expliquer ce phénomène mais il n’existe actuellement aucun consensus. Par des techniques combinées de spectroscopie à forte résolution et de résistivité, j’essaye d’apporter un éclairage nouveau à l’augmentation de la température critique dans l’aluminium lors de la diminution de l’épaisseur. J’interprète ce phénomène comme étant lié à un durcissement des phonons, ce qui ne constitue pas une explication habituellement citée.Dans une deuxième partie, on présente des supraconducteurs désordonnés, à savoir l’oxyde d’indium (InOx) et l’aluminium granulaire (GrAl). Dans ces matériaux, on a mis en évidence des excitations sous le gap supraconducteur par des mesures de spectroscopie optique. Ces excitations, dont l’origine est discutée, sont a priori inattendues dans les supraconducteurs conventionnels.Ainsi, on a mis en évidence dans des résonateurs d’oxyde d’indium la détection très sélective en énergie de photons ayant une énergie très inférieure au gap supraconducteur. On explique le mécanisme de détection en démontrant qu’il est lié à l’excitation des modes de résonance d’ordre supérieur, associée à la non linéarité de l’inductance cinétique avec le courant circulant dans le résonateur.Dans l’aluminium granulaire, on a étudié certaines excitations sous le gap supraconducteur dans deux échantillons de résistivité différente. Une antenne radio-fréquences placée devant le cryostat illumine les résonateurs. On choisit un résonateur quelconque et on sélectionne la fréquence des photons délivrés par l'antenne de telle sorte qu'elle corresponde aux différentes excitations que l'on souhaite étudier. On s'intéresse alors à l'influence de la puissance des photons incidents sur l’évolution de la résonance. On met en évidence des comportements non standards de la fréquence de résonance ainsi que du facteur de qualité, selon les excitations étudiées. / During my PhD-thesis, I studied superconductors thanks to a new optical spectroscopy measurements technique, based on photon detectors for astrophysics. This technique enables measurements ranging from 0 to 300 GHz with a resolution of ~1 GHz at a temperature of ~100 mK. The superconductors are lithographed into resonators whose resonance frequency depends on the superfluid density. During this thesis, I made and studied resonators from different superconducting materials in thin films.Dimensionality plays a fundamental role in superconductors. In principle, in two dimensions a system should not be superconducting but there are a lot of counterexamples like single layer of FeSe or oxide interfaces. In this context, aluminum is particularly interesting for mainly two reasons. First, the superconducting mechanism is conventional : it consists in an electron-phonon coupling. Then, it is pretty easy to modify its thickness (thin films) and its microstructure (granular aluminum).The manuscript is composed of two parts.In the first part, I studied the role played by the thickness on the superconductivity of aluminum thin films, ranging from 15 nm to 200 nm. In most superconductors, the critical temperature decreases with thickness, whereas in some materials like aluminum, it increases. Several theories may explain this phenomenon but there is currently no consensus. Thanks to combined techniques of high resolution optical spectroscopy and of resistivity measurements, I suggest that the origin of the critical temperature increase in aluminum thin films would be phonon hardening. This explanation is not among the popular ones.In the second part, we present disordered superconductors, namely indium oxide (InOx) and granular aluminum (GrAl). In these materials, we evidenced sub-gap optical absorptions. In principle, these absorptions are unexpected in superconductors. We show that they are caused by higher order resonance mode excitations combined with kinetic inductance non-linearity with the current circulating in the resonator.In granular aluminum, we studied some sub-gap excitations in two samples with a different room temperature resistivity. A radio-frequency antenna situated in front of the dilution refrigerator illuminates the resonators. We choose a resonator and we select the photon frequency in such a way that it matches with the different studied excitations. We observe the influence of the incident photon power on the resonance. We evidence non standard behaviors of resonance frequency and quality factor, according to the studied excitations.

Les travaux développés dans ce manuscrit de thèse concernent la proposition et la mise au point d’une nouvelle architecture optique basée sur la modulation de cohérence (MC) d’une source à spectre large dédiée aux calculs arithmétiques et au traitement des signaux. La modulation de cohérence de lumière est une technique particulière de codage optique qui autorise, entre autres, le multiplexage des signaux à travers une seule porteuse. Les signaux à traiter sont codés en MC par le biais de paires modulateur de lumière/lame de phase placées en série et éclairées par un seul faisceau de lumière polarisée. Cette technique est basée sur l’introduction d’un retard optique supérieur à la longueur de cohérence de la source utilisée. La validation expérimentale de l’approche proposée pour la réalisation d’opérations arithmétiques, telles que la somme et la soustraction, a été effectuée par le biais de signaux temporels. Différentes formes et fréquences des signaux ont été testées et ont parfaitement validé l’approche. L’impact du cross-talk des signaux et de la divergence du faisceau gaussien sur la qualité des opérations effectuées a été étudié. Ces effets se traduisent par un bruit de modulation d’intensité affectant le résultat des opérations effectuées. Dans ce travail, nous avons proposé des solutions permettant de minimiser son impact. L’originalité de la technique proposée est qu’elle permet la réalisation d’opérations multiples entre plusieurs signaux. Des tests ont été réalisés sur des images à deux et plusieurs niveaux de gris. Les résultats obtenus ont été évalués par les figures de mérite incluant le rapport signal sur bruit (SNR, signal to noise ratio), le rapport signal/bruit crête à crête (PSNR, peak signal to noise ratio) et l’erreur quadratique moyenne (MSE, mean squared error). Enfin, nous avons appliqué la technique à la cryptographie par contenu. Nous avons démontré la performance et la robustesse de la technique. Comme perspectives de ce travail, nous envisageons exploiter d’avantage la technique dans le domaine de la cryptographie (ie: utilisation d’une phase aléatoire pour le codage des images). De plus, une extension de l’étude à la compression des images sera utile. Une autre perspective de ce travail de recherche est l’étude de l’impact de l’incohérence spatiale sur le codage et le décodage des signaux / In this thesis, we study and developed the use of coherence multiplexing (also called path-difference, by analogy with WDM optical communications) to achieve simultaneous coding and decoding of analogue signals. The coherence modulation of light consists in encoding a signal on a light beam as an optical path-difference larger than its coherence length. This opens the way to the use of broadband sources in systems that thought to be restricted to quasi-monochromatic light. The different signals to be processed are encoded by using an Electro-optic Modulator and a birefringent plate placed between two polarizers. First, we have shown how the coherence multiplexing process can be exploited to achieve parallel real-time all optical signal addition and subtraction. Then, we have studied the impact of the crosstalk, due to the imperfection of the opto-geometrical parameters of the elements in the architecture, in the quality of the obtained results. The second part of the work consists of the validation of the technique to image signals. Thus, we have tested both image with binary and several gray levels. Also, we have confirmed that the method can be used for simple and multiplex encoding module. After that, we have evaluated the performance of the processor as a function of the continuous optical path-difference ratio in terms of Signal to Noise Ratio (SNR), Mean Square Error (MSE) and Peak to peak Signal to Noise Ratio (PSNR). Finally, we have tested the coherence multiplexing method to the encryption method based on merging together multiple-images. Therefore, we have evaluated the performance and the robustness of the method

L’ADN et l’ARN double brin (ADNdb, ARNdb) subissent des transitions de surétirement avec des forces d’environ 60 pN. Nous effectuons des mesures de force à l'aide d'un piège optique à double faisceau contenant deux billes reliées par une seule molécule. Un brin du duplex est attaché aux deux extrémités aux deux billes, tandis que l’autre brin n’est attaché qu’à une seule extrémité. Quatre cas différents sont comparés: ADNdb, ARNdb, hybride ARN- ADN avec ADN sous tension et hybride ADN- ARN avec ARN sous tension.Un surétirement se produit pour les quatre duplex. La différence la plus remarquable est que les ARNdb présentent un plateau lisse, alors que les autres duplex présentent des motifs en dents de scie. Nous constatons que les ARNdb s'étirent par un mécanisme différent et expliquons pourquoi cette propriété pourrait aider les structures d'ARN à s'assembler et à jouer leurs rôles biologiques.Un surétirement de l'hybride ARN-ADN libère progressivement un brin d'ARN. Les structures formées au sein de cet ARN naissant sont visibles dans le signal de force lors du re- recuit. Pour la première fois à notre connaissance, nous imitons donc et étudions le repliement de l'ARN co-transcriptionnel dans un test in vitro. En se concentrant sur le stade précoce de l’assemblage des grandes sous- unités ribosomales de E. coli (domaines I-II de l’ARNr 23S et des protéines r L4, L13, L20, L22, L24), on observe plus souvent un recuit partiel avec les protéines r. Nos résultats indiquent que les cinq protéines r de liaison précoce agissent comme des auxiliaires de repliement bien avant que l’ARN 23S complet ne soit transcrit. / Double-stranded DNA and RNA (dsDNA, dsRNA) undergo overstretching transitions at forces around 60 pN. We perform force measurements using a dual-beam optical trap that holds two beads linked by a single molecule. One strand of the duplex is attached at both extremities to the beads, while the other strand is attached only at one extremity. Four different cases are compared: dsDNA, dsRNA, RNA-DNA hybrid with DNA under tension, and DNA-RNA hybrid with RNA under tension. Overstretching occurs for all four duplexes. The most remarkable difference is that dsRNA exhibits a smooth plateau, while the other duplexes show saw-tooth patterns. We find that dsRNA overstretches by a different mechanism and explain why this property could help RNA structures to assemble and play their biological roles.Overstretching the RNA-DNA hybrid progressively liberates an RNA strand. Structures formed within this nascent RNA are seen in the force signal upon re-annealing. For the first time to our knowledge, we thus mimic and study co-transcriptional RNA folding in an in-vitro assay. Focusing on the early stage of E.coli large ribosomal subunit assembly (domains I-II of 23S rRNA and r-proteins L4, L13, L20, L22, L24), partial re-annealing is observed more frequently with r-proteins than without. Our results indicate that the five early- binding r-proteins act as folding helpers well before the entire 23S RNA is transcribed.

Des sources et des détecteurs ont été développés récemment pour les fréquences térahertz (THz) mais de nombreux composants passifs sont encore manquants. C’est le cas des composants non-réciproques (NR) qui sont indispensables pour la protection et la stabilisation des sources cohérentes. Dans cette thèse on étudie un nouveau concept d’isolateur THz, basé sur la combinaison d'une résonance plasmonique de surface (SP) avec un matériau à forte gyrotropie dans la gamme THz. Nous utilisons un matériau ferrite de type magnétoplumbite hexagonale, sa gyrotropie résulte d'effets gyromagnétiques dus à la précession de ses moments magnétiques à la fréquence de Larmor autour du champ magnétique interne. Il en résulte une perméabilité tensorielle dont les éléments non-diagonaux opposés induisent une réponse NR. Le fort champ interne d'une hexaferrite mène à une fréquence Larmor proche de la gamme millimétrique. Les permittivités et perméabilités diagonales ont été déterminées par analyseur de réseau vectoriel (VNA) avec un fenêtrage temporel. La gyrotropie et l’anisotropie THz ont été mesurées par spectroscopie dans le domaine temporel (TDS). Les mesures confirment les fortes valeurs attendues, un isolateur de Faraday THz a été conçu et mesuré. D’autre part, un miroir magnéto-plasmonique NR a été conçu, il est basé sur la combinaison du gyromagnétisme THz de l’hexaferrite avec les résonances SP à la surface d’un réseau métallique sub-longueur d'onde. Ces résonnances ont été démontrées expérimentalement et sont en accord avec les simulations. A proximité des résonances SP le dispositif se comporte comme un miroir unidirectionnel. / A key element to protect coherent sources and achieve desired power stability and spectral purity is an isolator, which in THz range has no effective solution. In this thesis, a novel design of THz isolating device based on a one-way reflecting surface is proposed. It combines gyrotropy with surface plasmon (SP) resonance phenomena and requires thus a sufficiently strong THz gyrotropic material. In the last decades a ferrite material with a hexagonal magnetoplumbite structure was created. Gyrotropy in this material is a result of gyromagnetic effects occurring when magnetic dipole moments precess nonreciprocally (NR) at Larmor frequency around an internal magnetic field. Permeability acquires a tensorial form and its unequal off-diagonal elements are responsible for NR behavior. The strong internal field in hexaferrites results in a Larmor frequency close to the mm-wave range. Foremost the diagonal permittivity and permeability elements have been characterized by time-windowed Vector Network Analyzer (VNA). Their strong gyrotropic and anisotropic properties in THz range are then investigated by a magneto-optical Time-domain spectrometry. The obtained strong gyrotropic spectra prove their unique potential for THz NR applications, as shown by an original Faraday isolation measurement using a VNA, and by first designs of a NR magnetoplasmonic mirror using the fitted material parameters. It combines strong hexaferrites gyrotropy with SPs resonances formed due to a metal grating present at the ferrite surface. The SPs excitation in THz is demonstrated numerically and experimentally with a strong agreement. Close to SPs resonance frequencies the device acts as a one-way mirror.